Les trains maglev sont-ils le transport du futur ? Comment fonctionne un train maglev ?

2024 Auteur: Howard Calhoun | [email protected]. Dernière modifié: 2023-12-17 10:27

Déjà plus de deux cents ans se sont écoulés depuis le moment où l'humanité a inventé les premières locomotives à vapeur. Cependant, le transport ferroviaire terrestre transportant des passagers et des charges lourdes utilisant la puissance de l'électricité et du carburant diesel est encore très courant.

Il faut dire que pendant toutes ces années, ingénieurs et inventeurs ont travaillé activement pour créer des moyens alternatifs de se déplacer. Le résultat de leur travail a été des trains sur coussins magnétiques.

Histoire d'apparition

L'idée même de créer des trains sur des coussins magnétiques a été activement développée au début du XXe siècle. Cependant, il n'a pas été possible de réaliser ce projet à ce moment-là pour un certain nombre de raisons. La fabrication d'un tel train n'a commencé qu'en 1969. C'est alors qu'une voie magnétique a été posée sur le territoire de la République fédérale d'Allemagne, le long de laquelle devait passer un nouveau véhicule, qui s'appelait plus tard le train maglev. Il a été lancé en 1971. Le premier train maglev, appelé Transrapid-02, est passé le long de la voie magnétique.

Un fait intéressant est que les ingénieurs allemands ont créé un véhicule alternatif basé sur les archives laissées par le scientifique Hermann Kemper, qui a reçu un brevet confirmant l'invention de l'avion magnétique en 1934.

"Transrapid-02" peut difficilement être qualifié de très rapide. Il pouvait se déplacer à une vitesse maximale de 90 kilomètres par heure. Sa capacité était également faible - seulement quatre personnes.

En 1979, un modèle maglev plus avancé a été créé. Ce train, baptisé "Transrapid-05", pouvait déjà transporter soixante-huit passagers. Il s'est déplacé le long de la ligne située dans la ville de Hambourg, dont la longueur était de 908 mètres. La vitesse maximale développée par ce train était de soixante-quinze kilomètres à l'heure.

Dans le même 1979, un autre modèle maglev est sorti au Japon. Elle s'appelait "ML-500". Le train japonais sur coussin magnétique a développé une vitesse pouvant atteindre cinq cent dix-sept kilomètres à l'heure.

Compétitivité

La vitesse que les trains à coussin magnétique peuvent développer peut être comparée à la vitesse des avions. À cet égard, ce type de transport peut devenir un concurrent sérieux des liaisons aériennes qui opèrent à une distance pouvant atteindre mille kilomètres. L'utilisation généralisée des maglevs est entravée par le fait qu'ils ne peuvent pas se déplacer sur les surfaces ferroviaires traditionnelles. Les trains sur coussins magnétiques doivent construire des autoroutes spéciales. Et cela nécessite un gros investissement en capital. On pense également que le champ magnétique créé pour les maglevs peut affecter négativementle corps humain, ce qui nuira à la santé du conducteur et des habitants des régions situées à proximité d'un tel itinéraire.

Principe de fonctionnement

Les trains à coussins magnétiques sont un moyen de transport particulier. Pendant le mouvement, le maglev semble planer au-dessus de la voie ferrée sans la toucher. Cela est dû au fait que le véhicule est contrôlé par la force d'un champ magnétique créé artificiellement. Pendant le mouvement du maglev, il n'y a pas de frottement. La force de freinage est la traînée aérodynamique.

Comment ça marche ? Chacun de nous connaît les propriétés de base des aimants grâce aux cours de physique de sixième année. Si deux aimants sont rapprochés avec leurs pôles nord, ils se repousseront. Un soi-disant coussin magnétique est créé. Lors de la connexion de différents pôles, les aimants seront attirés les uns vers les autres. Ce principe assez simple sous-tend le mouvement du train maglev, qui glisse littéralement dans les airs à une distance insignifiante des rails.

Actuellement, deux technologies ont déjà été développées, à l'aide desquelles un coussin magnétique ou une suspension est activé. Le troisième est expérimental et n'existe que sur papier.

Suspension électromagnétique

Cette technologie s'appelle EMS. Il est basé sur la force du champ électromagnétique, qui change avec le temps. Il provoque la lévitation (montée dans l'air) du maglev. Pour le mouvement du train dans ce cas, des rails en forme de T sont nécessaires, qui sont faits deconducteur (généralement en métal). De cette façon, le fonctionnement du système est similaire à un chemin de fer conventionnel. Cependant, dans le train, au lieu de paires de roues, des aimants de support et de guidage sont installés. Ils sont placés parallèlement aux stators ferromagnétiques situés le long du bord de l'âme en forme de T.

Le principal inconvénient de la technologie EMS est la nécessité de contrôler la distance entre le stator et les aimants. Et cela malgré le fait que cela dépend de nombreux facteurs, dont la nature instable de l'interaction électromagnétique. Afin d'éviter un arrêt soudain du train, des batteries spéciales y sont installées. Ils sont capables de recharger les générateurs linéaires intégrés dans les aimants de support, et ainsi de maintenir le processus de lévitation pendant longtemps.

Les trains basés sur EMS sont freinés par un moteur linéaire synchrone à faible accélération. Il est représenté par des aimants de support, ainsi que la chaussée, sur laquelle plane le maglev. La vitesse et la poussée de la composition peuvent être contrôlées en modifiant la fréquence et la force du courant alternatif généré. Pour ralentir, il suffit de changer la direction des ondes magnétiques.

Suspension électrodynamique

Il existe une technologie dans laquelle le mouvement du maglev se produit lorsque deux champs interagissent. L'un d'eux est créé dans le canevas de l'autoroute et le second est créé à bord du train. Cette technologie s'appelle EDS. Sur sa base, un train maglev japonais JR – Maglev a été construit.

Ce système présente quelques différences par rapport à EMS, oùaimants ordinaires, auxquels le courant électrique est fourni par les bobines uniquement lorsque l'alimentation est appliquée.

La technologie EDS implique un approvisionnement constant en électricité. Cela se produit même si l'alimentation est coupée. Un refroidissement cryogénique est installé dans les serpentins d'un tel système, ce qui permet d'économiser d'importantes quantités d'électricité.

Avantages et inconvénients de la technologie EDS

Le côté positif d'un système fonctionnant sur une suspension électrodynamique est sa stabilité. Même une légère réduction ou augmentation de la distance entre les aimants et la toile est régulée par les forces de répulsion et d'attraction. Cela permet au système d'être dans un état inchangé. Avec cette technologie, il n'est pas nécessaire d'installer une électronique de commande. Il n'y a pas besoin d'appareils pour ajuster la distance entre la bande et les aimants.

La technologie EDS présente certains inconvénients. Ainsi, la force suffisante pour faire léviter la composition ne peut survenir qu'à grande vitesse. C'est pourquoi les maglevs sont équipés de roues. Ils fournissent leur mouvement à des vitesses allant jusqu'à cent kilomètres par heure. Un autre inconvénient de cette technologie est la force de friction générée à l'arrière et à l'avant des aimants répulsifs à basse vitesse.

En raison du fort champ magnétique dans la section destinée aux passagers, il est nécessaire d'installer une protection spéciale. Sinon, une personne portant un stimulateur cardiaque n'est pas autorisée à voyager. Une protection est également nécessaire pour les supports de stockage magnétiques (cartes de crédit et disque dur).

Développétechnologie

Le troisième système, qui n'existe actuellement que sur papier, est l'utilisation d'aimants permanents dans la variante EDS, qui ne nécessitent pas d'énergie pour être activés. Jusqu'à récemment, on croyait que c'était impossible. Les chercheurs pensaient que les aimants permanents n'avaient pas une telle force qui pourrait faire léviter le train. Cependant, ce problème a été évité. Pour le résoudre, les aimants ont été placés dans le réseau Halbach. Une telle disposition conduit à la création d'un champ magnétique non pas sous le réseau, mais au-dessus de celui-ci. Cela aide à maintenir la lévitation du train même à une vitesse d'environ cinq kilomètres par heure.

Ce projet n'a pas encore reçu de mise en œuvre pratique. Cela est dû au coût élevé des réseaux constitués d'aimants permanents.

Dignité des maglevs

Le côté le plus attrayant des trains maglev est la perspective d'atteindre des vitesses élevées qui permettront aux maglevs de rivaliser même avec les avions à réaction à l'avenir. Ce type de transport est assez économique en termes de consommation d'électricité. Les coûts de son fonctionnement sont également faibles. Cela devient possible grâce à l'absence de frottement. Le faible bruit des maglevs est également agréable, ce qui aura un impact positif sur la situation environnementale.

Défauts

L'inconvénient des maglevs est qu'il en faut trop pour les fabriquer. Les dépenses d'entretien des voies sont également élevées. De plus, le mode de transport envisagé nécessite un système complexe de voies et des voies ultra-précisesdispositifs qui contrôlent la distance entre la toile et les aimants.

Mise en œuvre du projet à Berlin

Dans la capitale de l'Allemagne dans les années 1980, l'ouverture du premier système maglev appelé le M-Bahn a eu lieu. La longueur de la toile était de 1,6 km. Un train maglev circulait entre trois stations de métro le week-end. Le voyage des passagers était gratuit. Après la chute du mur de Berlin, la population de la ville a presque doublé. Il a nécessité la création de réseaux de transport capables d'assurer un trafic élevé de passagers. C'est pourquoi, en 1991, la toile magnétique a été démontée et la construction du métro a commencé à sa place.

Birmingham

Dans cette ville allemande, un maglev à basse vitesse a été connecté de 1984 à 1995. aéroport et gare. La longueur du trajet magnétique n'était que de 600 m.

La route a fonctionné pendant dix ans et a été fermée en raison de nombreuses plaintes de passagers concernant les inconvénients existants. Par la suite, le monorail a remplacé le maglev dans cette section.

Shanghai

La première route magnétique de Berlin a été construite par la société allemande Transrapid. L'échec du projet n'a pas découragé les développeurs. Ils ont poursuivi leurs recherches et ont reçu une commande du gouvernement chinois, qui a décidé de construire une piste maglev dans le pays. Cette route à grande vitesse (jusqu'à 450 km/h) reliait Shanghai et l'aéroport de Pudong.

Japon

Ce pays a accueilli une exposition en 2005Expo-2005. Dès son ouverture, une piste magnétique de 9 km de long a été mise en service. Il y a neuf stations sur la ligne. Maglev dessert la zone adjacente au lieu d'exposition.

Les Maglevs sont considérés comme le transport du futur. Déjà en 2025, il est prévu d'ouvrir une nouvelle autoroute dans un pays comme le Japon. Le train maglev transportera des passagers de Tokyo vers l'un des quartiers de la partie centrale de l'île. Sa vitesse sera de 500 km/h. Environ quarante-cinq milliards de dollars seront nécessaires pour mettre en œuvre le projet.

Russie

La création d'un train à grande vitesse est également prévue par les chemins de fer russes. D'ici 2030, le maglev en Russie reliera Moscou et Vladivostok. Les passagers franchiront le parcours de 9300 km en 20 heures. La vitesse du train maglev atteindra jusqu'à cinq cents kilomètres par heure.